Digital image watermarking for copyright protection

Abstract

Η ανθεκτική υδατογράφηση προτάθηκε σαν μια εναλλακτική λύση για την προστασία των πνευματικών δικαιωμάτων σε ψηφιακά πολυμέσα. Ο βασικός στόχος αυτής της τεχνολογίας είναι η αποτροπή αυτών που επιθυμούν την παράνομη αναπαραγωγή και διάθεση των προστατευμένων δεδομένων. Ο συμβιβασμός ανάμεσα στην ανθεκτικότητα, την μη αντιληπτότητα και την χωρητικότητα ενός συστήματος υδατογράφησης, επιτυγχάνεται με την ενσωμάτωση του κατά προτίμηση στο χώρο των συχνοτήτων. Σε αυτή τη θέση, προτείνονται τρία νέα συστήματα για την προστασία ψηφιακών εικόνων. Κάθε ένα μπορεί να θεωρηθεί σαν βελτιωμένη έκδοση του προηγουμένου. Οι συμβατικοί μετασχηματισμοί σαν το Διακριτό Μετασχηματισμό Συνημίτονου και το Διακριτό Μετασχηματισμό Fourier έχουν πολύ καλή συμπύκνωση ενέργειας για συμπίεση αλλά δεν είναι ιδανικοί για υδατογράφηση. Ο λόγος είναι ο μικρός χώρος που διατίθεται για ενσωμάτωση του υδατογραφήματος, γεγονός που έρχεται σε ευθεία ρήξη με την απαίτηση για μεγάλη χωρητικότητα. Είναι προφανές λοιπόν ότι και άλλοι μετασχηματισμοί με μικρότερη συγκέντρωση ενέργειας σαν το Διακριτό Μετασχηματισμό Laguerre (DLT) και το Διακριτό Μετασχηματισμό Hadamard (DHT) είναι πιθανοί υποψήφιοι για υδατογράφηση. Το πρώτο σχήμα που παρουσιάζουμε βασίζεται στον DLT. Το υδατογράφημα επιλέγεται από μια κατανομή Gauss με μέσο όρο 0 και διασπορά 1. Μια ανεξάρτητη και ιδανικά κατανεμημένη ακολουθία τυχαίων αριθμών που παράγεται από έναν αριθμό «ιδιωτικό κλειδί» λειτουργεί σαν υδατογράφημα. Το κλειδί αποτελεί δείκτη σε μια βάση δεδομένων που περιέχει πληροφορίες πνευματικών δικαιωμάτων. Το υδατογράφημα ενσωματώνεται κοντά στους χαμηλής συχνότητας συντελεστές του DLT. Κατά την ανίχνευση του υδατογραφήματος χρησιμοποιείται και η αυθεντική, μη υδατογραφημένη εικόνα. Η χρήση της αρχικής εικόνας αυξάνει την ανθεκτικότητα του σχήματος ακόμα και στις ιδιαίτερα καταστροφικές γεωμετρικές επιθέσεις αλλά ταυτόχρονα κάνει το σχήμα και μη πρακτικό. Η δεύτερη τεχνική, μπορεί και ανιχνεύει το υδατογράφημα χωρίς τη χρήση της αρχικής εικόνας. Για την ενσωμάτωση χρησιμοποιείται το σχήμα Subband-DLT/DHT και ειδικότερα οι χαμηλής-μέσης συχνότητας συντελεστές. Η γραμμική συσχέτιση χρησιμοποιείται στην ανίχνευση για να δώσει μια τιμή που στη συνέχεια συγκρίνεται με μια τιμή κατωφλιού. Η ανίχνευση επιτυγχάνεται με μια δυαδική απόφαση: αν η τιμή της συσχέτισης είναι μεγαλύτερη της τιμής κατωφλιού, το υδατογράφημα υπάρχει αλλιώς όχι. Η μέθοδος είναι αρκετά ανθεκτική σε πολλές επιθέσεις συμπεριλαμβανομένου και του Stirmark με την προϋπόθεση ότι οι παράμετροι παραμόρφωσης δεν είναι πολύ μεγάλες. Υπάρχουν κάποια προβλήματα με τις γεωμετρικές παραμορφώσεις όπου επιβάλλεται να προηγηθεί συγχρονισμός πριν την ανίχνευση. Τέλος, παρουσιάζεται το τρίτο σχήμα για έγχρωμες εικόνες. Βασίζεται σε πολλαπλή ενσωμάτωση όπου πρώτα γίνεται ένας χρωματικός μετασχηματισμός, ακολουθούμενος από τον Subband DHT, με σκοπό να βρεθεί η καλύτερη περιοχή ενσωμάτωσης. Το σχήμα είναι εκ φύσεως προσαρμοστικό και αυτό επιτυγχάνεται ρυθμίζοντας το σθένος της υδατογράφησης ώστε να επιτυγχάνεται μια επιθυμητή περιοχή PSNR. Το υδατογράφημα προσαρμόζεται σε κάθε κανάλι της έγχρωμης εικόνας και έτσι το σχήμα είναι μέθοδος υδατογράφησης ανεξαρτήτων καναλιών. Επιπλέον, εξετάζονται διάφοροι χρωματικοί μετασχηματισμοί ως προς την καταλληλότητα για υδατογράφηση. Ο YUV φαντάζει ως η καλύτερη επιλογή καθώς είναι γραμμικός και ασυσχέτιστος. Ένας βελτιωμένος ανιχνευτής συσχέτισης χρησιμοποιείται και αντίθετα με τις άλλες φορές, η έξοδος του συγκρίνεται με μια σταθερή τιμή κατωφλιού και δεν χρειάζεται η τιμή σθένους της υδατογράφησης. Το σχήμα είναι ιδιαίτερα ανθεκτικό καθώς γίνεται ανίχνευση τριών υδατογραφημάτων. Στο μέλλον πάντως, είναι δυνατόν να συνδυάσουμε τις τεχνικές μας με απόδειξη αυθεντικότητας έτσι ώστε να παρέχουμε πλήρη, ασφαλή και ανθεκτική αναγνώριση κατόχου.